壓力式水位計(jì)在長(zhǎng)距離暗渠輸水工程中的應(yīng)用

薛宏磊，陳 岱

（北京林克森自動(dòng)化系統(tǒng)工程有限公司，北京100055）

1 工程概況

南水北調(diào)中線工程天津干線起點(diǎn)位于河北省徐水縣西黑山村，終點(diǎn)位于天津市外環(huán)河出口閘，總體走向由西向東，全長(zhǎng)155.418km。設(shè)計(jì)流量為50m3/s， 加大流量為60 m3/s。工程前1.5 km 為山前丘陵區(qū)，以東為廣闊的河北平原，地形落差達(dá)64m，前20km落差達(dá)47m，占總落差的75%，平均坡降1/425。天津干線采用全箱涵無(wú)壓接有壓全自流輸水方案，輸水過(guò)程中年際間、年內(nèi)各旬間都是不均勻的，中小流量的輸水時(shí)段較長(zhǎng)，水量較大。具體來(lái)說(shuō)，流量為30～40m3/s 的供水時(shí)段占總時(shí)長(zhǎng)的31.81%，輸水水量占總水量的37.02%；流量為40～50 m3/s的供水時(shí)段占18.58%；輸水水量占總水量的26.26%；流量為50～60 m3/s的供水時(shí)段占總旬?dāng)?shù)的16.01%，輸水水量占總水量的28.57%。

2 自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的組成

在南水北調(diào)中線工程天津干線中，采用了一整套自動(dòng)化調(diào)度與運(yùn)行管理系統(tǒng)，包括：閘站監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)備及SuperControl SCADA系統(tǒng)平臺(tái)軟件、閘站監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用軟件、工控機(jī)系統(tǒng)軟件、觸摸屏監(jiān)控系統(tǒng)軟件、PLC監(jiān)控系統(tǒng)軟件。自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)采集的有流量數(shù)據(jù)、水位數(shù)據(jù)、電量數(shù)據(jù)、閥位數(shù)據(jù)。

3 壓力式水位計(jì)簡(jiǎn)介

壓力式水位計(jì)的工作原理：測(cè)量水下某點(diǎn)壓力，用通氣管消除大氣壓力后，就能測(cè)得水壓。應(yīng)用固態(tài)壓阻器件作傳感器，可直接將水壓力轉(zhuǎn)變成電壓模擬量或頻率量輸出，通過(guò)雙絞線傳輸信號(hào)。根據(jù)程序設(shè)置、水位計(jì)量程把電信號(hào)轉(zhuǎn)換為水位數(shù)據(jù)。這種方式可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)閘前、閘后的水位，并且可以在工控機(jī)閘控軟件上調(diào)取以前的歷史數(shù)據(jù)對(duì)比水位變化。水位實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)為調(diào)度運(yùn)行提供了可靠、準(zhǔn)確、安全的保障。

壓力式水位計(jì)因具有安裝方便、利于更換、無(wú)需測(cè)井等特性，在水位測(cè)量中使用頻繁，本項(xiàng)目選用的是由瑞士產(chǎn)數(shù)字信號(hào)水位計(jì)，供電范圍9～29 VDC，輸出電流為4～20 mA，量程為0～25 m。主要構(gòu)成有：壓力傳感芯片、電纜及導(dǎo)氣管、鋼管等。

壓力式水位計(jì)安裝方式如圖1所示。

圖2 壓力式水位計(jì)安裝示意圖

壓力式水位計(jì)使用中注意事項(xiàng)：

（1）壓力傳感器在運(yùn)輸、安裝、運(yùn)行中切不可碰接、跌落， 否則會(huì)損壞內(nèi)置集成芯片。

（2）通氣電纜在任何情況下都不可重壓，與傳感器連接部位不可承受拉力，任何情況下通氣管內(nèi)部都不允許進(jìn)水。

（3）通氣電纜與四芯電纜聯(lián)接處有通氣孔，要防水但不能用膠布封死。

（4）儀器應(yīng)每月1次進(jìn)行校核，或在氣溫有較大變化（約10℃變化）時(shí)進(jìn)行檢查，誤差應(yīng)在10個(gè)尾數(shù)之內(nèi)，否則應(yīng)調(diào)準(zhǔn)校核值。

（5）考慮到水體中有沙子、泥和雜物等，安裝水位計(jì)需距離底部50 cm，以防止底部泥沙堆積影響測(cè)量水位。

4 壓力式水位計(jì)故障因素及改進(jìn)措施

在日常的維護(hù)工作中，造成水位數(shù)據(jù)波動(dòng)或顯示無(wú)效數(shù)據(jù)的主要因素：

（1）AI模塊故障會(huì)造成數(shù)據(jù)的波動(dòng)從而不能一直顯示正常水位數(shù)據(jù)。

（2）通信線纜出現(xiàn)短路、斷路導(dǎo)致電信號(hào)無(wú)法傳輸從而顯示無(wú)效數(shù)據(jù)。

（3）開關(guān)電源損壞導(dǎo)致水位計(jì)斷電顯示無(wú)效數(shù)據(jù)。

（4）水位計(jì)信號(hào)避雷器損壞導(dǎo)致信號(hào)無(wú)法傳輸從而顯示無(wú)線數(shù)據(jù)。

（5）水位計(jì)壓力芯片漂移導(dǎo)致輸出的電信號(hào)不穩(wěn)定從而無(wú)法顯示正常水位數(shù)據(jù)。

改進(jìn)措施：由于閘后會(huì)出現(xiàn)水錘和浪涌，水位計(jì)底部保護(hù)殼長(zhǎng)期與不銹鋼保護(hù)管撞擊會(huì)出現(xiàn)變形造成壓力芯片損壞。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的現(xiàn)場(chǎng)觀察后，在水位計(jì)底部保護(hù)殼安裝一個(gè)橡膠防護(hù)帽，能極大的吸收水錘和浪涌的沖擊力。安裝一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)，減少了水位計(jì)損壞數(shù)量，增加了數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。

5 壓力式水位計(jì)的應(yīng)用

天津干線起點(diǎn)與終點(diǎn)地面高程總體呈現(xiàn)西高東低的趨勢(shì)，沿線高差變化較大，上段地勢(shì)陡，中下段地勢(shì)平緩。在地勢(shì)陡的暗渠，尤其當(dāng)水流量變大時(shí)，造成水面波動(dòng)較大，用肉眼觀測(cè)水尺造成的誤差可能較大。在閘前閘后中安裝水位計(jì)來(lái)監(jiān)控水位，即使水平面波動(dòng)較大時(shí)，也可以從十幾秒中測(cè)量的數(shù)據(jù)中取平均值算出水位。由于中下段地勢(shì)平緩，水位下降趨勢(shì)不明顯。工作人員也能通過(guò)調(diào)取同一時(shí)間幾個(gè)閘站的水位數(shù)據(jù)來(lái)判斷水位是否有下降趨勢(shì)。

當(dāng)環(huán)境因素出現(xiàn)大霧、大風(fēng)、暴雨天氣時(shí)，人眼不能清楚的通過(guò)水尺觀測(cè)水位，或者需要通過(guò)持續(xù)觀測(cè)水位，記錄水位的變化規(guī)律。此時(shí)，通過(guò)水位計(jì)觀測(cè)記錄水位提供了極大地便利，也省去了工作人員去現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)的麻煩，工作人員的安全也有了保障。

6 結(jié)語(yǔ)

水位數(shù)據(jù)測(cè)量是南水北調(diào)長(zhǎng)距離暗渠輸水工程中的一項(xiàng)重要工作。在自動(dòng)化監(jiān)測(cè)中，通過(guò)數(shù)據(jù)采集、信號(hào)處理、信號(hào)輸出等環(huán)節(jié)，水位數(shù)據(jù)通過(guò)顯示屏實(shí)時(shí)顯示出來(lái)，方便工作人員觀測(cè)、記錄。自動(dòng)化監(jiān)測(cè)水位計(jì)的應(yīng)用，對(duì)保證南水北調(diào)輸水工程的安全運(yùn)行發(fā)揮了重要作用。